Il-format jista' jitqies bħala s-sinsla ta' bijoekonomija newtrali għall-karbonju, prodott mis-CO2 bl-użu ta' metodi (elettro)kimiċi u kkonvertit fi prodotti b'valur miżjud bl-użu ta' kaskati enżimatiċi jew mikro-organiżmi inġinerizzati. Pass importanti fl-espansjoni tal-assimilazzjoni tal-format sintetiku huwa t-tnaqqis termodinamikament kumpless tiegħu tal-formaldehyde, li hawn jidher bħala bidla fil-kulur isfar. Kreditu: Istitut tal-Mikrobijoloġija Terrestri Max Planck/Geisel.
Xjentisti fl-Istitut Max Planck ħolqu mogħdija metabolika sintetika li tikkonverti d-dijossidu tal-karbonju f'formaldeid bl-għajnuna tal-aċidu formiku, u b'hekk toffri mod newtrali għall-karbonju biex tipproduċi materjali ta' valur.
Mogħdijiet anaboliċi ġodda għall-iffissar tad-dijossidu tal-karbonju mhux biss jgħinu biex inaqqsu l-livelli tad-dijossidu tal-karbonju fl-atmosfera, iżda jistgħu wkoll jissostitwixxu l-produzzjoni kimika tradizzjonali ta' farmaċewtiċi u ingredjenti attivi bi proċessi bijoloġiċi newtrali għall-karbonju. Riċerka ġdida turi proċess li bih l-aċidu formiku jista' jintuża biex jikkonverti d-dijossidu tal-karbonju f'materjal ta' valur għall-industrija bijokimika.
Minħabba ż-żieda fl-emissjonijiet ta' gassijiet serra, is-sekwestrazzjoni tal-karbonju jew is-sekwestrazzjoni tad-dijossidu tal-karbonju minn sorsi kbar ta' emissjonijiet hija kwistjoni urġenti. Fin-natura, l-assimilazzjoni tad-dijossidu tal-karbonju ilha għaddejja għal miljuni ta' snin, iżda l-qawwa tagħha mhix biżżejjed biex tikkumpensa għall-emissjonijiet antropoġeniċi.
Riċerkaturi mmexxija minn Tobias Erb tal-Istitut tal-Mikrobijoloġija Terrestri. Max Planck jużaw għodod naturali biex jiżviluppaw metodi ġodda għall-iffissar tad-dijossidu tal-karbonju. Issa rnexxielhom jiżviluppaw mogħdija metabolika artifiċjali li tipproduċi formaldehyde reattiv ħafna mill-aċidu formiku, intermedju possibbli fil-fotosintesi artifiċjali. Il-formaldehyde jista' jidħol direttament f'diversi mogħdijiet metaboliċi biex jifforma sustanzi oħra ta' valur mingħajr ebda effetti tossiċi. Bħal fil-każ ta' proċess naturali, huma meħtieġa żewġ ingredjenti ewlenin: l-enerġija u l-karbonju. L-ewwel wieħed jista' jiġi pprovdut mhux biss mid-dawl tax-xemx dirett, iżda wkoll mill-elettriku – pereżempju, moduli solari.
Fil-katina tal-valur, is-sorsi tal-karbonju huma varjabbli. Id-dijossidu tal-karbonju mhuwiex l-unika għażla hawnhekk, qed nitkellmu dwar il-komposti individwali kollha tal-karbonju (il-blokki tal-bini C1): monossidu tal-karbonju, aċidu formiku, formaldejde, metanol u metanu. Madankollu, kważi dawn is-sustanzi kollha huma tossiċi ħafna, kemm għall-organiżmi ħajjin (monossidu tal-karbonju, formaldejde, metanol) kif ukoll għall-pjaneta (il-metanu bħala gass serra). Huwa biss wara li l-aċidu formiku jkun ġie newtralizzat għall-format bażiku tiegħu li ħafna mikro-organiżmi jittolleraw konċentrazzjonijiet għoljin tiegħu.
“L-aċidu formiku huwa sors promettenti ħafna ta’ karbonju,” tenfasizza Maren Nattermann, l-ewwel awtriċi tal-istudju. “Iżda l-konverżjoni tiegħu għal formaldehyde in vitro teħtieġ ħafna enerġija.” Dan għaliex il-formate, il-melħ tal-formate, ma jiġix ikkonvertit faċilment għal formaldehyde. “Hemm barriera kimika serja bejn dawn iż-żewġ molekuli, u qabel ma nkunu nistgħu nwettqu reazzjoni reali, irridu negħlbuha bl-għajnuna tal-enerġija bijokimika – l-ATP.”
L-għan tar-riċerkaturi kien li jsibu mod aktar ekonomiku. Wara kollox, inqas ma tkun meħtieġa enerġija biex il-karbonju jiddaħħal fil-metaboliżmu, aktar tkun tista’ tintuża enerġija biex tistimula t-tkabbir jew il-produzzjoni. Iżda m’hemm l-ebda mod bħal dan fin-natura. “L-iskoperta tal-hekk imsejħa enzimi ibridi b’funzjonijiet multipli kienet teħtieġ xi kreattività,” jgħid Tobias Erb. “Madankollu, l-iskoperta ta’ enzimi kandidati hija biss il-bidu. Qed nitkellmu dwar reazzjonijiet li jistgħu jingħaddu flimkien għax huma bil-mod ħafna—f’xi każijiet, ikun hemm inqas minn reazzjoni waħda kull sekonda għal kull enzima. Ir-reazzjonijiet naturali jistgħu jipproċedu b’rata li hija elf darba aktar mgħaġġla.” Hawnhekk tidħol il-bijokimika sintetika, tgħid Maren Nattermann: “Jekk taf l-istruttura u l-mekkaniżmu ta’ enzima, taf fejn tintervjeni. Kienet ta’ benefiċċju kbir.”
L-ottimizzazzjoni tal-enzimi tinvolvi diversi approċċi: skambju speċjalizzat ta' blokki tal-bini, ġenerazzjoni ta' mutazzjoni każwali, u għażla tal-kapaċità. "Kemm il-formate kif ukoll il-formaldehyde huma adattati ħafna għax jistgħu jippenetraw il-ħitan taċ-ċelloli. Nistgħu nżidu l-formate mal-mezz tal-kultura taċ-ċelloli, li jipproduċi enzima li tibdel il-formaldehyde li jirriżulta f'żebgħa safra mhux tossika wara ftit sigħat," qalet Maren. Spjega Nattermann.
Riżultati f'perjodu daqshekk qasir ta' żmien ma kinux ikunu possibbli mingħajr l-użu ta' metodi ta' produzzjoni għolja. Biex jagħmlu dan, ir-riċerkaturi kkollaboraw mas-sieħeb industrijali Festo f'Esslingen, il-Ġermanja. "Wara madwar 4,000 varjazzjoni, ikkwadruplajna r-rendiment tagħna," tgħid Maren Nattermann. "Għalhekk, ħloqna l-bażi għat-tkabbir tal-mikroorganiżmu mudell E. coli, il-qofol mikrobjali tal-bijoteknoloġija, fuq l-aċidu formiku. Madankollu, fil-mument, iċ-ċelloli tagħna jistgħu jipproduċu biss formaldehyde u ma jistgħux jittrasformaw aktar."
B'kollaborazzjoni mal-kollaboratur tiegħu Sebastian Wink mill-Istitut tal-Fiżjoloġija Molekulari tal-Pjanti, ir-riċerkaturi ta' Max Planck bħalissa qed jiżviluppaw razza li tista' tassorbi intermedji u tintroduċihom fil-metaboliżmu ċentrali. Fl-istess ħin, it-tim qed iwettaq riċerka dwar il-konverżjoni elettrokimika tad-dijossidu tal-karbonju għal aċidu formiku ma' grupp ta' ħidma fl-Istitut tal-Konverżjoni tal-Enerġija Kimika ta' Max Planck taħt id-direzzjoni ta' Walter Leitner. L-għan fit-tul huwa "pjattaforma waħda għal kulħadd" mid-dijossidu tal-karbonju prodott minn proċessi elettrobijokimiċi għal prodotti bħall-insulina jew il-bijodiżil.
Referenza: Maren Nattermann, Sebastian Wenk, Pascal Pfister, Hai He, Seung Hwang Lee, Witold Szymanski, Nils Guntermann, Faiying Zhu “Żvilupp ta’ kaskata ġdida għall-konverżjoni ta’ format dipendenti fuq il-fosfat għal formaldehyde in vitro u in vivo”, Lennart Nickel. , Charlotte Wallner, Jan Zarzycki, Nicole Pachia, Nina Gaisert, Giancarlo Francio, Walter Leitner, Ramon Gonzalez, u Tobias J. Erb, 9 ta’ Mejju 2023, Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-023-38072-w
SciTechDaily: Dar tal-aqwa aħbarijiet teknoloġiċi mill-1998. Ibqa' aġġornat bl-aħħar aħbarijiet teknoloġiċi permezz tal-email jew il-midja soċjali. > Sommarju bl-email b'abbonament bla ħlas
Riċerkaturi fil-Cold Spring Harbor Laboratories sabu li SRSF1, proteina li tirregola t-tqattigħ tal-RNA, hija regolata 'l fuq fil-frixa.